JP2008232221A - スラスト針状ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転時における油膜切れによる摩耗や焼付きを抑制し、長寿命化を図ることができると共に、軽量化も図れるスラスト針状ころ軸受を提供する。
【解決手段】スラスト針状ころ軸受１０は、軸方向に貫通し、円周方向に亙って形成される複数のポケット１４を備える保持器１５と、複数のポケット１４に円周方向に転動可能に保持される複数の針状ころ１３と、を有する。針状ころ１３の端面側には凹部１３ｄが形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車や産業機械に用いられるスラスト針状ころ軸受に関し、特に、自動車エアコン用コンプレッサや自動車用トランスミッション等の回転支持部に用いられるスラスト針状ころ軸受に関する。

従来、自動車エアコン用コンプレッサや自動車用トランスミッション等の回転支持部に用いられるスラスト軸受としては、高剛性、高容量、コンパクト等の特徴を有するスラスト針状ころ軸受が使用されることが多い。

スラスト針状ころ軸受は、例えば、軸方向に互いに対向する一対の軌道輪間に、直径が５ｍｍ以下と比較的小さく、長さが直径に比べて３倍以上長い複数の針状ころが配置され、これらの針状ころは、保持器を介してその軸線を径方向に向けた状態で放射状に配置されている。（例えば、特許文献１参照）。

さらに、スラスト針状ころ軸受には、自動車の燃費に対する要求の高まりから低トルク化が望まれている。従来のスラスト針状ころ軸受では、回転時に針状ころが遠心力で保持器のポケットの外径側端面に強く押し付けられる傾向にある。ここで、針状ころの面取り部が小さく、ころ端面形状が平面形の場合、針状ころの保持器径方向外側の端面（以下、針状ころの外径側端面という）の外周側に近い部分がポケットの外径側端面と接触することになるので、ころの回転抵抗が大きくなり、また、針状ころの外径側端面とポケットの外径側端面の接触面積も大きくなる。この結果、ころの転がり運動に大きな抑止力が発生し、軸受トルクが増大し、保持器のポケットに異常摩耗が発生する虞がある。

一方、針状ころの端面を丸面形状にすれば、上記問題を回避することができるが、ころ軌道面側の有効長が短くなってしまい、寿命の低下や針状ころの面圧上昇などの問題が懸念される。

これに対して、特許文献１に記載のスラスト針状ころ軸受では、針状ころの端面を平面形のままとし、軌道面側と端面側の面取りサイズを変更することで、ころ有効長を確保しながら、ポケット外周側ところとの接点でのトルク及び異常摩耗を低減させることが考案されている。
特開２００５−９５２６号公報

ところで、特許文献１に記載のスラスト針状ころ軸受では、高速回転時にころ端面と保持器の接触面で油膜切れが生じた場合には焼付きに至る可能性があった。また、特許文献１で使用される針状ころは、材料を切断後、端面側に大きな曲面形状を付与すべく、旋削バイトにて大きめの曲面を加工し、ころ研削取り代にてころ端面側の曲面形状をコントロールしているため、量産対応が困難であり、コストが嵩むという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高速回転時における油膜切れによる摩耗や焼付きを抑制し、長寿命化を図ることができると共に、軽量化も図れるスラスト針状ころ軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。
（１） 軸方向に貫通し、円周方向に亙って形成される複数のポケットを備える保持器と、前記複数のポケットに円周方向に転動可能に保持される複数の針状ころと、を有するスラスト針状ころ軸受であって、
前記針状ころの端面側に凹部が形成されることを特徴とするスラスト針状ころ軸受。
（２） 前記針状ころの凹部の最大凹み量が０．００２ｍｍ以上０．０２０ｍｍ以下であることを特徴とする（１）に記載のスラスト針状ころ軸受。
（３） 前記保持器は、その外径側に軸方向に延びる外径側フランジを備え、且つ、
前記各ポケットは、前記針状ころの端面が前記外径側フランジの内周面と当接可能なように、径方向において前記外径側フランジまで延在することを特徴とする（１）又は（２）に記載のスラスト針状ころ軸受。
（４） 前記針状ころは、径方向寸法が軸方向寸法より大きい面取り部を有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のスラスト針状ころ軸受。

本発明のスラスト針状ころ軸受によれば、針状ころの端面側に凹部が形成されるので、この凹部が油溜りを形成して、高速回転時における油膜切れによる摩耗や焼付きを抑制し、長寿命化を図ることができると共に、軽量化を図ることができる。

また、針状ころは、上記凹部と、径方向寸法が軸方向寸法より大きい面取り部を有する形状において、タンブラー加工を適用することができ、ころを低コストで且つ、安定的に生産できる。

以下、本発明の一実施形態に係るスラスト針状ころ軸受について図面を参照して詳細に説明する。

スラスト針状ころ軸受１０は、例えば、容量可変式のエアコン用コンプレッサに適用される。コンプレッサは、冷媒ガスを圧縮すべくピストンを往復運動させるために斜板を駆動軸と共に回転するが、スラスト針状ころ軸受は、この際に斜板を介して駆動軸に加わるスラスト荷重を支持している。

スラスト針状ころ軸受１０は、図１に示すように、軸方向に互いに対向する一対の軌道輪１１，１２と、一対の軌道輪１１，１２間にその軸線を径方向に向けた状態で放射状に配設される複数の針状ころ１３と、軸方向に貫通して、該針状ころ１３を円周方向に転動可能に保持するポケット１４が形成された円環状の保持器１５と、を備える。

図１及び図２に示すように、保持器１５は、円周方向において隣り合うポケット１４間に形成される複数の柱部１６と、内径側及び外径側において軸方向に延びる内径側フランジ１７及び外径側フランジ１８と、を有する。柱部１６の保持器径方向の略中央部には、保持器１５の軸方向一端側に向けて全周に亙って屈曲して形成される屈曲部１９が形成され、保持器１５はM型断面に形成される。屈曲部１９の中間部には、中央平板部２０が形成され、ポケット１４の内周縁となるその円周方向両側面にころ持たせ部２０ａが形成される。

また、柱部１６において、内径側フランジ１７と屈曲部１９との間、及び外径側フランジ１８と屈曲部１９との間には、軸方向他端側に形成された内側平板部２１、外側平板部２２が形成され、ポケット１４の内周縁となるこれらの円周方向両側面にころ持たせ部２１ａ，２２ａが形成される。

これにより、保持器１５は、軸方向両側においてころ持たせ部２０ａ，２１ａ，２２ａによって針状ころ１３に案内される。また、保持器１５は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、軸方向両側において移動した際、両軌道輪１１，１２との隙間ｇがそれぞれ０．１ｍｍ以上となるようにして針状ころ１３に案内されており、軌道輪１１，１２と保持器１５との摺動抵抗を抑制している。

さらに、各ポケット１４の外径側端面は、外径側フランジ１８の軸方向中間部に形成されており、各ポケット１４は径方向において前記外径側フランジ１８まで延在している。これにより、回転時に針状ころ１３が遠心力により径方向外側に移動した場合には、針状ころ１３の外径側端面は外径側フランジ１８の内周面１８ａと当接する。

針状ころ１３は、その外周面を軌道面１３ａとすると共に、該軌道面１３ａと軸方向両端面との間に面取り部１３ｂを形成する。図４に示すように、面取り部１３ｂは、径方向寸法Ａが軸方向寸法Ｂより大きくなるように形成されている。また、針状ころ１３の両端面側には、中央部に凹部１３ｃが形成されており、さらに、面取り部１３ｂと凹部１３ｃとの間には、これらの境界と滑らかに連続する平坦部１３ｄが形成される。なお、針状ころ１３の端面は、この平坦部１３ｄの代わりに、若干湾曲した面であってもよい。

これにより、針状ころ１３はころ有効長さを確保しつつ、軸受回転時に針状ころ１３に遠心力が負荷されてポケット１４の外径側に押し付けられた場合にも、その外径側端面の軸心寄りの平坦部１３ｄで保持器１５の外径側フランジ１８の内周面１８ａと当接するので、当接位置での滑り速度を低下し、且つ接触面積を小さくしている。

また、凹部１３ｃは、希薄潤滑下において油溜りとして機能し、高速回転時の油膜切れによる摩耗や焼付きを抑制することができる。凹部１３ｃの最大凹み量は、０．００２ｍｍ以上０．０２０ｍｍ以下に設定されており、０．００２ｍｍより小さいと油溜りとしての効果が小さい。

また、軌道面１３ａは、所謂、フルクラウニング加工が施されるが、軸方向中間部分におけるストレート長さＬ１がころ長さＬ２の２０％以下となるように設定されており、軸受回転時に発生する差動滑りを低減させている。なお、面取りは、０．５〜１．０ｍｍ程度の大きさで形成されるのに対して、クラウニングの落ち量は、０．００５〜０．０１５ｍｍ程度の大きさで形成される。

次に、針状ころ１３及び保持器１５の製造方法について説明する。

針状ころ１３は、まず、円柱状の棒部材をころ長さに応じて切断する。その後、凹部１３ｃを含む端面形状となるように潰し加工を行なって、素材Ｓを塑性変形させる。この際、図５（ａ）に示すように、素材Ｓの軸方向両端部には張り出し部３０が形成される。この張り出し部３０は大きく湾曲した形状を有するので、その後の研削の際の取り代により面取りをコントロールできる。そして、この張り出し部３０をすり落とすことで除去するタンブラー加工を行ない、図５（ｂ）に示すような面取り部１３ｂを形成する。その後、針状ころ１３は、熱処理が施され、研削或いはバレルによるフルクラウニング加工を行った後、さらにバレルによる仕上げ加工を行なう。なお、フルクラウニング加工時のバレルと仕上げ加工時のバレルとは、加工条件を変えて行なわれる。

一方、保持器１５は、一枚の円盤状の薄板をトリミングを行いながらプレス成形によって所望の形状に形成する。また、この工程中、ピアッシングにより、ポケット１４を円周方向に等間隔に打抜く。そして、所定の形状に形成された素材を化学研磨した後、熱処理を行って硬化させる。その後、針状ころ１３を組み込んで組立てを行なった後、検査が行なわれ、完成する。

このように構成される本実施形態のスラスト針状ころ軸受１０によれば、針状ころ１３の端面側に凹部１３ｃが形成されるので、この凹部１３ｃが油溜りを形成して、高速回転時における油膜切れによる摩耗や焼付きを抑制し、長寿命化を図ることができると共に、軽量化を図ることができる。

また、針状ころ１３は、凹部１３ｃ、及び径方向寸法が軸方向寸法より大きい面取り部１３ｂを有する形状を、潰し加工及びタンブラー加工によって加工することができ、ころを低コストで且つ、安定的に生産できる。

さらに、保持器１５の各ポケット１４は、針状ころ１３の端面が外径側フランジ１８の内周面１８ａと当接可能なように、径方向において外径側フランジ１８まで延在するので、軸受回転時に針状ころ１３に遠心力が負荷されてポケット１４の外径側に押し付けられた場合にも、針状ころ１３は、その外径側端面の平坦部１３ｄで保持器１５の外径側フランジ１８と当接するので、回転トルクを低減することができる。したがって、保持器１５の異常摩耗を防止して長寿命化を図ることができるとともに、低トルク化を図ることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良等が可能である。
本発明の針状ころの軌道面は、ストレート長さがころ長さの２０％以下となるようにクラウニングが施されればよく、ストレート長さを持たず軸方向全域に亘って曲線形状とするフルクラウニングが施されてもよい。

次に、本発明の針状ころの凹部による効果を確認するため、保持器の摩耗量について試験を行なった。該試験は、２００Ｎのアキシャル荷重が負荷され，１８０００ｍｉｎ^−１で回転される、図示しない測定試験機に、希薄潤滑下での試験用軸受を組み込んで行なわれた。試験用軸受としては、面取り部の径方向寸法と軸方向寸法が略等しい従来品と、面取り部１３ｂの径方向寸法が軸方向寸法より大きく、凹部１３ｃの凹み量が０，０．００２，０．０１０，０．０２０ｍｍの参考例及び実施例１〜３を使用した。

表１は、その試験結果を示す。この結果、面取り部１３ｂの径方向寸法が軸方向寸法より大きく、凹部１３ｃの凹み量を０．００２ｍｍ以上とすることで，保持器摩耗量は従来品に対して大幅に改善されたことが確認できた。

本発明の一実施形態に係るスラスト針状ころ軸受の断面図である。 図１の保持器の上面図である。 保持器のころ案内状態を示す断面図で、（ａ）は、保持器が一方の軌道輪側に寄った状態を示し、（ｂ）は、保持器が他方の軌道輪側に寄った状態を示す。 図１の針状ころを示す図である。 （ａ）は針状ころ切断後の状態を示す図で、（ｂ）は塑性変形及び面取りが行なわれた後の針状ころを示す図である。

符号の説明

１０ スラスト針状ころ軸受
１３ 針状ころ
１３ｂ 面取り部
１３ｃ 凹部
１３ｄ 平坦部
１４ ポケット
１５ 保持器
１６ 柱部
１８ 外径側フランジ
１８ａ 内周面

Claims (4)

1. 軸方向に貫通し、円周方向に亙って形成される複数のポケットを備える保持器と、前記複数のポケットに円周方向に転動可能に保持される複数の針状ころと、を有するスラスト針状ころ軸受であって、
   前記針状ころの端面側に凹部が形成されることを特徴とするスラスト針状ころ軸受。
2. 前記針状ころの凹部の最大凹み量が０．００２ｍｍ以上０．０２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のスラスト針状ころ軸受。
3. 前記保持器は、その外径側に軸方向に延びる外径側フランジを備え、且つ、
   前記各ポケットは、前記針状ころの端面が前記外径側フランジの内周面と当接可能なように、径方向において前記外径側フランジまで延在することを特徴とする請求項１又は２に記載のスラスト針状ころ軸受。
4. 前記針状ころは、径方向寸法が軸方向寸法より大きい面取り部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスラスト針状ころ軸受。

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